Hedgehog信号通路与肝纤维化发病相关机制研究新进展

刘序友， 舒建昌

暨南大学医学院附属广州红十字会医院消化内科，广东 广州 510220

Hedgehog信号通路与肝纤维化发病相关机制研究新进展

刘序友， 舒建昌

暨南大学医学院附属广州红十字会医院消化内科，广东 广州 510220

Hedgehog信号通路在肝纤维化的发生、发展中具有极其重要作用，现已证实Hedgehog通路涉及肝纤维化过程中如肝星状细胞(hepatic stellate cell，HSC)增殖与凋亡、上皮间质/间质上皮转换及与其他通路的交互作用等方面，本文就Hedgehog通路与肝纤维化研究进展作一概述，以期为肝纤维化防治提供新思路。

Hedgehog信号通路；肝纤维化；肝星状细胞

Hedgehog通路曾被认为是调节昆虫和哺乳动物胚胎发育的经典路径[1]。近年来研究发现其调控作用还涉及组织损伤过程中的细胞分化、迁移、增殖及修复[2]。肝纤维化是各种慢性肝脏疾病共同病理过程，肝星状细胞(hepatic stellate cell，HSC)异常活化增殖为其核心环节。Hedgehog通路与HSC激活及肝纤维化发生、发展存在密切关系，过度或持续Hedgehog通路激活可致受损肝组织过度再生，促进肝纤维化发生[3-4]。阐明Hedgehog通路与HSC激活及肝纤维化发生、发展关系，对于防治肝纤维化有极其重要的意义。

1 Hedgehog通路概述

Hedgehog信号传导通路由Hh配体、膜蛋白受体复合物、核转录因子和下游靶基因4 部分组成。哺乳动物的三个同源基因：SHh、IHh和DHh可编码类似的分泌蛋白即Hh配体，可通过自身催化加工并经修饰后产生生物学活性。Hh配体活化后可以影响细胞膜上的受体Patched(Ptc)和Smoothened(Smo)的结合而发挥信号传导作用。Ptc由12个跨膜区的单一肽链构成发挥负调控作用。Smo由7个跨膜区的单一肽链构成，为Hedgehog信号传递所必须。在无Hh、Ptc情况下，激活Smo可导致Hedgehog通路靶基因活化[5]。Hedgehog通路在动物胚胎发育中起关键性作用，在成体组织中，Hedgehog通路的活化在干细胞调控、组织损伤修复、血管再生等方面也发挥着重要作用。

正常时Ptc抑制Smo蛋白活性，抑制下游靶基因转录及下游通路。当Ptc和Hh结合以后，解除对Smo的抑制作用，促使Gli蛋白与PKA形成复合物，激活下游靶基因转录。Hh-Gli通路可诱导Ptc转录，形成负反馈调控环。当Ptc发生突变或缺失时、或是Smo突变导致对Ptc抑制作用不敏感致Hedgehog通路失控，Gli持续激活、启动靶基因转录。

目前发现参与调控Hedgehog信号传导的核内因子包括转录因子Ci/Gli、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、类运动蛋白Costal-2(Cos2)、蛋白激酶A(PKA)等。其中Ci/Gli、Fu起正调控作用，Cos2、PKA起负调控作用。Hh与Ptch结合受Hip、生长抑制特异基因1(growth arrest specific gene 1，Gas1)、细胞黏附分子相关/被癌基因下调基因(cell adhesion molecule-related/down-regulated by oncogenes，Cdon/Cdo)及其家族成员Boc等调节。其中Hip能阻止Hh与Ptch结合，负性调控Hedgehog信号。既往认为Gas1对Hh与Ptch结合发挥负性调节作用，现认为其起正性调控作用，Cdon/Cdo及Boc有利于Hh与Ptch结合，促进信号传导[6-7]。

依Hedgehog通路激活后是否依赖Gli蛋白发挥效应分为经典Hh/Gli通路和非经典Hedgehog通路[8]。Gli蛋白家族是经典Hh/Gli通路下游具有锌指结构的转录因子；哺乳动物的Gli蛋白家族有Gli1、Gli2和Gli3三种形式。Gli1有激活功能，Gli2是Hedgehog信号调节的主要转录激活子(Gli-A)，而Gli3是Hedgehog信号调节的主要转录抑制子(Gli-R)，Hedgehog信号最终通过影响Gli-A和Gli-R之间的平衡起作用[9]。非经典Hedgehog通路可分为Ⅰ型(不依赖Smo蛋白)和Ⅱ型(依赖Smo蛋白不依赖Gli蛋白)两种模式。前者通过不依赖于Smo蛋白和Gli蛋白的方式调节细胞存活和增殖，并调节细胞周期蛋白Cyclin B1在细胞内定位发挥对细胞周期的调控作用，后者可通过激活小G蛋白Rho家族成员调节细胞运动和迁移[10]。

2 Hedgehog通路在肝纤维化中的作用

2.1 Hedgehog通路与HSC活化近年来，学者发现Hedgehog通路与HSC活化有关。Gli作为Hedgehog-Gli通路末端的转录调控子，在HSC的激活中起着十分重要的作用。有实验表明在HSC活化过程中Hedgehog通路被激活，抑制Hedgehog信号活性可抑制HSC增殖且分化过程被部分阻止。Sawitza等[11]、Yang等[12]通过分离并培养原代小鼠、大鼠及人类HSC，均发现Hedgehog通路中SHh、Ptch、Smo和Gli等多种组分表达。Sicklick等[13]在CCl4及胆管结扎诱导的大鼠肝损伤模型中发现Hedgehog通路激活使HSC来源的肌成纤维细胞(MFs)聚集、增生，促进肝纤维化进程，且促使胆管上皮细胞产生多种细胞因子及Hh配体产生，从而激活Hedgehog通路加重大鼠肝纤维化程度；相反给予Hedgehog通路特异性抑制剂-环靶明(cyclopamine，Cyc)的大鼠肝纤维化程度明显改善，在使用Cyc作用于HSC的体外实验中，单独注射Cyc后健康成年小鼠HSC活性降低，肝损伤率明显降低。Chen等[4]经过微阵列等方法研究肝脏静止型HSC代谢基因表达的差异，发现Hedgehog通路通过调控HSC糖酵解调节其活性。骨桥蛋白(osteopontin，OPN)是肝纤维化时细胞外基质重要组成部分，学者Syn等[14]及Pritchett等[15]分别在非酒精性脂肪性肝纤维化大鼠模型及人肝脏部分切除术患者肝脏组织中通过激活Hedgehog通路发现OPN表达升高且使肝脏自然杀伤性T细胞(NKT)集聚并激活HSC，产生OPN及Hedgehog通路配体，促进肝纤维化产生，从而表明Hedgehog信号可能通过SOX-9调节OPN发挥作用，更深入地阐明了Hedgehog通路活化HSC机制。Choi等[16]在人及小鼠的HSC中发现，Rac1激活促进Hedgehog信号介导的MFs表型获得并调控MF-HSC数量，以上证据均表明Hedgehog通路在HSC激活中具有促进作用，抑制Hedgehog通路活性可抑制HSC活化、增殖并促进其凋亡，以上发现可为干预肝纤维化提供新靶点，且可作为肝纤维化诊断或治疗指标运用于临床。

2.2 Hedgehog通路与上皮-间质转化及间质-上皮转化在慢性肝损伤修复过程中，MFs不仅存在上皮-间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)，还存在间质-上皮转化(mesenchymal-to-epithelial transition，MET)，即MFs被诱导转化为肝细胞、胆管上皮细胞甚至静止期HSC[17]，这是目前肝纤维化分子机制研究重要进展之一。其中，EMT对肝纤维化的影响尤其受到关注。EMT是具有极性的上皮细胞转换为具有运动能力的间充质细胞，并获得侵袭和迁移能力的过程，Michelotti等[18]研究表明在HSC来源肌成纤维细胞中Smo是直接调控HSC的MET及EMT，从而促进肝脏上皮再生修复的主要因子。Omenetti等[19]在对慢性胆汁淤积性肝病患者及大鼠胆道结扎胆道纤维化模型的研究中也发现激活Hedgehog通路有促进胆管上皮细胞EMT的作用，且有助于评估慢性胆汁淤积性肝病患者发生胆管纤维化作用，其在另一个研究中也发现MF-HSC可通过释放Hedgehog通路配体激活胆管上皮细胞趋化因子Cxcl16，并招募NKT产生OPN而促进肝纤维化发生[20]，以上研究说明Hedgehog通路可以通过多种方式对于HSC的EMT产生影响，类似研究成果可为干预肝纤维化提供新思路。

美国学者Syn等[21-22]研究了由喂食含有0.15%的乙硫氨基酪酸而缺乏蛋氨酸及胆碱的食物所形成的非酒精性脂肪性肝硬化大鼠模型，发现有明显Hedgehog通路激活、Hh受体细胞EMT转换及NK细胞募集、维持和增生，最终促进肝纤维化进展。Hedgehog通路介导的胆管上皮细胞发生EMT可增加非酒精性脂肪性肝纤维化进展为肝硬化风险。另一项研究中[23]也发现Hedgehog通路激活有助于局部促纤维生成的稳定NK细胞增殖。Hedgehog通路可以调节小鼠原代及人体外周血中iNKT，从而调控OPN生成而促进非酒精性脂肪肝的纤维生成，OPN被诱导产生与Hedgehog通路活性及纤维进展直接相关，同时SHh配体可促进iNKT增殖、活化、抑制凋亡，并刺激促纤维细胞因子IL-13表达，也伴随血浆OPN水平升高[22，24]。这对于阐明Hedgehog通路在肝纤维化的发病分子机理中的作用具有重要意义。最近认为EMT是机体细胞为了避免有害因素的伤害而发生的一种所谓的“逃避程序”或“逃避反应”。因此,Hedgehog通路在肝纤维化过程中EMT的详细机制及意义有待进一步阐明。

2.3 Hedgehog通路与代谢目前已证实Hedgehog通路参与调节代谢综合征，而非酒精性脂肪肝病与代谢综合征有关。自来美国杜克大学的Guy等[25]使用免疫组化方法在非酒精性脂肪性肝病活组织样本中研究发现肝脏Hedgehog通路活性增加与肝损害的严重程度及患者代谢综合征检测指标(腰围、胰岛素抵抗、高血压等)有关，并可以预测进展期肝病，因此抑制Hedgehog通路有助于改善肝脏的组织病理损害及临床代谢综合征。

Hedgehog信号通路下游基因SOX-9是一个在肝纤维化形成过程中调节ECM组分产生的关键因子，可以作为检测纤维化发生标志物及抗纤维化治疗靶点[15]。美国学者Philips等[26]研究也发现Hedgehog通路激活可促进肝纤维化进展及肝癌发生，而在肝纤维化及肝癌进展期时抑制Hedgehog信号通路可有效延缓病情进展。Pereira等[27]的研究则证明HBV及HCV感染增加了肝细胞表面Hedgehog信号通路配体产生，使具有Hh受体的细胞聚集而促进肝纤维化及肝癌发生。上述这些研究对于通过临床上发现新的药物干预Hedgehog信号通路从而抑制肝纤维化进展迈出了重要一步。

3 Hedgehog通路与其他相关通路在肝纤维化中交互作用

多种通路交互作用是肝纤维化发生、发展的一个重要过程，可涉及多条通路的调控，因此，对于通路之间交互作用的研究是肝纤维化前沿领域之一。新近发现Hedgehog通路与多种通路或转录因子存在交互作用，共同参与肝纤维化发生、发展过程。

Choi等[28]通过使用瘦素受体(OBRb)基因缺陷大鼠原代HSC研究发现在细胞表面表达瘦素，且活化HSC可自分泌瘦素，可促进HSC分化及纤维化，形成正反馈效应。瘦素-OBRb相互作用激活Hedgehog信号通路对于后续HSC分化非常重要，活化HSC可激活下游的JAK/STAT、PI3K/Akt信号从而刺激SHh表达，刺激Hedgehog信号通路并促进肌成纤维细胞的表型转换，OBRb受体诱导表型转换则需要JAK/STAT信号。英国学者Xie等[29]研究原代HSC培养及两种动物模型发现Notch与Hedgehog信号通路具有相互作用，可通过调节EMT/MET调控成人肝脏修复过程中关键细胞。近来随着HSC干细胞(祖细胞)分子标志物在大鼠中的发现，说明HSC也参与肝脏再生及修复，且Hedgehog通路及β-连接素依赖的Wnt通路调节HSC对于维持干细胞分化十分重要。Sawitza等[11]发现Diss间隙有类似于典型干细胞微环境，可合成基质成份如4型胶原及层粘连蛋白，实质细胞可以合成β-连接素依赖的Wnt通路配体及Jagged1，证明了Wnt通路与Hedgehog信号通路交互作用在肝纤维化发展过程中的重要性。

因Hedgehog信号通路在肝纤维化发生、发展中起重要作用，对Hedgehog信号通路的研究有助于进一步阐明肝纤维化发病机制、诊断、治疗及预后判断。Gli1是该通路末端直接调控靶基因的转录因子，是该通路不同水平被激活后最后的共同通路，Hedgehog信号通路异常激活可导致HSC激活。同时Hh配体也可刺激某些类型细胞(如不成熟的肝上皮细胞)，以获得上皮细胞和间充质细胞特征，过度或持续Hedgehog通路激活导致受损肝脏ECM过度再生而促进肝纤维化发生。有效干预Hedgehog信号通路以抑制肝纤维化进展可能为治疗肝纤维化提供新的方向。但仍有许多问题需解决，如：(1)Hedgehog信号在肝纤维化发生中的确切机制有待于进一步阐明；(2)在分子水平或基因水平的Hedgehog通路调控机制：如miRNA、LncRNA对Hedgehog通路调控及其在HSC激活或肝纤维化进展中的作用；(3)自噬(autophagy)是通过吞噬自身细胞质蛋白或细胞器与溶酶体融合形成自噬溶酶体以实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新；在HSC激活过程中Hedgehog通路与自噬相互作用等。解决此类问题将有助于进一步阐明Hedgehog信号在肝纤维化中的作用及机制，为开发高效、针对性强的靶向治疗物质或药物提供依据。

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(责任编辑：王全楚)

Recent advances in Hedgehog signaling pathway of liver fibrosis

LIU Xuyou, SHU Jianchang

Department of Gastroenterology, Guangzhou Red Cross Hospital Affiliated to Medical College of Ji’nan University, Guangzhou 510220, China

The Hedgehog pathway plays an important role in the occurrence and development of liver fibrosis, it has been confirmed Hedgehog pathway involved in the process of liver fibrosis, such as hepatic stellate cell (HSC) proliferation, apoptosis, epithelial mesenchymal/interstitial epithelial transformation and interaction with other signal pathways and so on. This paper reviewed the progress of research on Hedgehog pathway and hepatic fibrosis, in order to provide new ideas for the prevention and therapy of liver fibrosis.

Hedgehog pathway; Liver fibrosis; Hepatic stellate cell

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.01.030

刘序友，博士，E-mail:liuxy717@163.com

舒建昌，教授，主任医师，博士生导师，研究方向：肝纤维的基础与临床研究。E-mail:shujc0328@163.com

R575

A

1006-5709(2016)01-0108-04

2014-09-16